用概念图对2019年全国Ⅰ卷理综25题进行深度分析

陈丽珊

摘  要：文章给出了2019年全国Ⅰ卷理综25题的另一种解法，并依托概念图对这一解法进行深度剖析，阐释了利用概念图可以促进学生物理学科核心素养的达成，为学业质量水平层次的评价提供可视化的依据。

关键词：概念图;高考试题;深度分析

概念图是由英文单词“concept map”翻译而来，是美国康奈尔大学心理学家约瑟夫D诺瓦克（Joseph D. Novak）提出的，他认为概念图是一种知识以及知识之间的关系网络图形化的表征，也是思维可视化的表征[1]。同时，概念图也是概念的集合和概念之间的互连，使知识结构具有可评估性。一幅概念图一般由“节点”“链接”和有关“文字标注”组成。概念图的应用广泛，功能较多。对高中物理学科核心素养的教学定位有指导作用，可以促进《普通高中物理课程标准（2017年版）》[2]中的“物理观念、科学思维、科学探究、科学态度与责任”四个维度在教学中的有效达成。同时，对学业质量水平层次的精准评价也有指导作用，对学业质量水平层次中提到的问题情境的复杂程度、知识与技能的结构化程度、思维方式或者价值观念的综合程度作出合理判断。下面以一道高考题为例进行分析。

1    原题示例

（2019年全国Ⅰ卷理综25题） 竖直面内一倾斜轨道与一足够长的水平轨道通过一小段光滑圆弧平滑连接，小物块B静止于水平轨道的最左端，如图1（a）所示。t=0时刻，小物块A在倾斜轨道上从静止开始下滑，一段时间后与B发生弹性碰撞（碰撞时间极短）;当A返回到倾斜轨道上的P点（图中未标出）时，速度减为0，此时对其施加一外力，使其在倾斜轨道上保持静止。物块A运动的v-t图像如图1（b）所示，图中的v1和t1均为未知量。已知A的质量为m，初始时A与B的高度差为H，重力加速度大小为g，不计空气阻力。

（1）求物块B的质量;

（2）在图1（b）所描述的整个运动过程中，求物块A克服摩擦力所做的功;

（3）已知两物块与轨道间的动摩擦因数均相等，在物块B停止运动后，改变物块与轨道间的动摩擦因数，然后将A从P点释放，一段时间后A刚好能与B再次碰上。求改变前后动摩擦因数的比值。

2    解析示例

（1）物块A与物块B相互作用，由动量守恒定律得：

3    解后剖析

3.1    建构概念图

与高考给出的参考答案的13个方程相比，思维量差不多。但这种解题思路定位更加精准，思维培养更有价值。因为这种解题思路更体现对物理学科核心素养的追寻，更突出学业质量要求的水平层次，为了说明问题建立如图2的概念图。

3.2    学科核心素养分析

通过对概念图中提到的几处关联进行分析，使学生在物理观念、科学思维、探究能力、实践意识、科学态度等方面得到有效提升。关联之处问题的解决可全面提高学生的问题解决能力，形成学科素养。利用概念图能促进高中物理学科核心素养在教学中的有效达成，具体表现在以下几个方面：

第一是在“物理观念”方面，物块A在斜面上运动与受力情况体现了“运动与相互作用”的观念，物块A与物块B发生碰撞的过程体现了“能量”的观念。

第二是在“科学思维”方面，物块在斜面上向上与向下运动的内在联系，通过具体推理论证等科学思维方法，得出物块在斜面上的运动情况是由tanθ与μ的大小共同决定，这是基于事实证据和科学推理进而提出创造性见解。

第三是在“科学探究”方面，两物块都在水平面上运动时可以探索出什么规律？从功能关系出发，采用控制变量的思想，得出物块A、B在水平面上发生的位移相等时，可以找到这一规律，它体现了动摩擦因数的不同对运动速度变化的影响情况不一样。这样的探究过程对形成学生的综合能力非常有帮助。

第四是在“科学态度与责任”方面，图2中的构建方式还有改进和完善的地方，可以引导学生去改进。不同的认知水平可以构建出不同的概念图。概念图可以引导学生认识科学本质、形成科学态度。对物理问题的研究是创造性的工作，概念图还可以促进和评价学生学习和研究物理的内在动机。

3.3    学业质量层级评价

高中物理学业质量根据问题情境的复杂程度、知识与技能的结构化程度、思维方式或价值观念的综合程度等划分为不同水平[3]，但这样的表述很宏观、抽象，操作性不强。通过概念图的建构，问题情境的复杂程度、知识与技能的结构化程度、思维方式的综合程度就可视化了，在建构出的概念图中，层级结构能够充分展现概念与下属概念的层级关系[3]，根据概念图中的层级关系对学业质量等级进行划分就有可信的参考依据。

第一，在问题情境的复杂程度方面，通过建构出的概念图，可观察横纵向的层级多少。在概念图中横纵向层级的多少体现了问题情境的复杂程度，尤其纵向的层级体现得最为明显。

第二，在知识与技能的结构化程度方面，通过建构出的概念图，观察横纵向的层级多少。比如，在图2中从横向可以看出，在斜面上向上运动时的受力、向下运动时的受力、向上运动时的运动规律、向下运动时的运动规律;在水平面上物块A的运动规律、物块B的运动规律等。在概念图中横纵向层级的多少體现了知识与技能的结构化程度，尤其横向的层级体现得最为明显。

第三，在思维方式的综合程度方面，通过建构出的概念图，观察横纵向的关联多少与出现的位置。比如，在图2中可以看出，运动与受力的关联、不同受力情况的关联、不同运动情况的关联、相互作用的关联等共有五次，在关联的地方就有物理规律呈现或者物理量间关系的出现，这里也是学科核心素养维度具体体现的地方。在概念图中关联的多少体现了思维方式的综合程度，尤其关联在横纵向层级最多的位置，思维的综合程度要求越高。

根据解析及概念图（图2）可以看出，第一问考查了水平2与水平3，第二问考查了水平3，第三问考查了水平4，这与新课标的要求相符。

4    结  语

美国认知教育心理学家奥苏贝尔的有意义的学习，即学生学习新知识的过程是以已有的知识经验为基础，它揭示了学生知识学习的最本质的特征之一。美国康奈尔大学（comell University）一直从事元认知研究的诺瓦克教授根据奥苏贝尔的理论开发了概念图这样一种新的认知工具，使得抽象的知识可视化，知识的可视化正成为我们有效获取知识、建构知识的有效方式。在教学中，依托概念图指导教学实践可以让理论得到提升，让实践得到落地。教师可以更好地把握学业质量要求，结合教学内容，落实合理水平层次的教学设计，精准地促进学生物理学科核心素养的提升及相关水平的达成。在考试中，依托概念图指导学业水平考试命题，可以落实发展学生学科核心素养的课程目标，有利于将题目难度控制在相应的水平层次，避免考试中出现偏题、怪题、超标题，为考什么、怎么考、考到什么程度提供了依据。

参考文献：

[1]约瑟夫D.诺瓦克.赵国庆，吴金闪，唐京京，等译.概念图促进企业和学校的学习变革[M].北京：人民邮电出版社，2019：37.

[2]中华人民共和国教育部.普通高中物理课程标准（2017年版）[S].北京：人民教育出版社，2018：45.

[3]陈栋梁.概念图教学提升物理思维品质的策略研究[J].物理教师，2019，40（3）：20-22，25.

（栏目编辑    陈  洁）